Informao magntica transferida para fton para viajar na velocidade da luz

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 03/04/2024

De bit magntico a bit fotnico

Cientistas usaram pulsos eltricos para manipular informaes magnticas em um sinal de luz polarizado, um feito que, quando incorporado em equipamentos adequados, poder revolucionar as telecomunicaes pticas de longa distncia, inclusive entre a Terra e Marte.

A inovao envolve a rea da spintrnica, que se baseia na manipulao do spin dos eltrons, a propriedade magntica das partculas, em vez de sua carga eltrica. E tudo foi feito usando luz.

Os pesquisadores aplicaram um pulso eltrico para transferir a informao do spin dos eltrons para os ftons, as partculas que constituem a luz, permitindo que a informao fosse transportada por grandes distncias a toda velocidade. A tcnica atende a trs critrios cruciais – controlada eletricamente, dispensa de um campo magntico externo e operao em temperatura ambiente – necessrios para uma ampla gama de aplicaes, incluindo comunicaes ultrarrpidas e tecnologias qunticas.

“Durante dcadas sonhamos e previmos dispositivos spintrnicos temperatura ambiente alm da magnetorresistncia e apenas armazenando informaes. Nossos sonhos se tornaram realidade,” disse o professor Igor Zutic, da Universidade de Buffalo, nos EUA.

Um dos principais responsveis pela inovao foi o brasileiro Nicholas Figueiredo Prestes, formado pela Universidade Federal do Paran e atualmente na Universidade Paris-Saclay, na Frana.

Estrutura do spin-LED, que no futuro se tornar um spin-laser.
[Imagem: Pambiang Abel Dainone et al. – 10.1038/s41586-024-07125-5]

Do disco rgido para a luz

O princpio de operao da nova tcnica no poderia ser mais simples: Pense em um pombo-correio recebendo uma mensagem e voando at o destino; agora imagine o “pombo-correio definitivo”, o meio de transporte mais veloz do Universo, o fton. A tcnica consiste em pegar um bit de informao armazenado magneticamente, como em um disco rgido, transferi-lo para um fton e ento deixar o fton fazer a viagem at o destino, onde o bit recuperado.

J guardarmos informaes em materiais ferromagnticos h muito tempo, mas os eltrons no podem ser simplesmente arrancados do ferromagneto porque a informao se perde. O artifcio aqui envolve o que os fsicos chamam de acoplamento spin-rbita. O elo perdido crucial ento consiste em modular eletricamente a magnetizao (o spin do eltron) e passar a informao para a luz (o fton), o que feito alterando a helicidade da luz emitida, que pode ser entendida como o modo de rotao do fton.

O spin do eltron rapidamente convertido em informao contida na helicidade dos ftons emitidos por um LED, permitindo uma integrao perfeita da dinmica de magnetizao com tecnologias fotnicas.

“O conceito de spin-LEDs foi proposto inicialmente no final do sculo passado. Porm, para a transio para uma aplicao prtica, ele precisa atender a trs critrios cruciais: Operao em temperatura ambiente, sem necessidade de campo magntico e capacidade de controle eltrico,” disse o professor Yuan Lu. “Depois de mais de 15 anos de trabalho dedicado nesta rea, nossa equipe colaborativa superou com sucesso todos os obstculos.”

O componente crucial chamado “injetor de spins”.
[Imagem: Pambiang Abel Dainone et al. – 10.1038/s41586-024-07125-5]

Spin-laser

Rumo s aplicaes prticas, o prximo passo dever ser usar laser em vez de LEDs. Quando for feita a implementao da tcnica usando diodos laser semicondutores, os chamados spin-lasers, esta codificao de informao altamente eficiente poder abrir caminho para uma comunicao rpida em distncias interplanetrias, uma vez que a polarizao da luz pode ser conservada na propagao espacial, potencialmente tornando-a o modo mais rpido de comunicao entre a Terra e a Lua, a Terra e Marte e alm.

O avano tambm beneficiar enormemente o desenvolvimento de vrias tecnologias avanadas na Terra, como a comunicao e a computao quntica ptica, a computao neuromrfica para inteligncia artificial, transmissores pticos ultrarrpidos e altamente eficientes para centros de dados e aplicaes de Li-Fi, um sistema de comunicao sem fios que aproveita a luz visvel para transmisso de dados.

Outras notcias sobre: